磷酸铁锂:推动新能源汽车革命的关键力量之一

发布日期:2025-01-22· 中国汽车报网 记者:万仁美 编辑:李沛洋
记者:万仁美 编辑:李沛洋

虽然磷酸铁锂最终注定会被固态电池市场淘汰,但在我国电动汽车发展历史上,磷酸铁锂做出的贡献不可抹去,没有磷酸铁锂,电动汽车的发展或许不能这么快。如果没有磷酸铁锂,2024年我国新能源汽车的渗透率或许不能达到47.6%。

锂被称为“小金属”,在应用于动力电池之前,由于储量小,使用范围偏窄,并不受重视。锂电池真正闪现光芒是在商业化之后,尤其是在锂电池大规模用于动力电池之后,人们才开始审视这一条不同于石油、天然气的非化石能源的道路。

锂电池的商业化离不开三个重要人物。

上世纪70年代,供职于美国埃克森石油公司的威廷汉发明了锂电池。他研发的锂电池采用金属锂作为负极材料,并使用了高电压的电解质盐类,这为后续的锂离子电池发展奠定了基础。

古迪纳夫是著名的固体物理学家,也是电池正极材料钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂的发明者。他提出了使用金属氧化物替代硫化钛作为电池正极材料,并首次尝试使用锂钴氧化物作为电池正极,从而大大提高了锂离子电池的能量密度和循环寿命。

吉野彰在锂离子电池的商业化过程中同样起到了关键作用。他找到了合适的阳极和阴极材料,设计了以碳基材料为阳极、以钴酸锂为阴极的锂离子电池,并完全去除了电池中的金属锂,从而大大提高了电池的安全性和实用性。

磷酸铁锂在动力电池上的名声首先在美国打响,A123公司是相关领域响当当的企业之一。A123的核心技术在于对锂离子电池的磷酸铁正极材料进行了革命性的纳米级处理。通过将颗粒缩小到纳米级,A123实现了前所未有的放电功率提升,同时保持了电池的稳定性和循环寿命。高能型电池的能量密度高达140W·h/kg,输出密度甚至可以达到3000W/kg,且能承受高达100C的高功率脉冲放电。这样卓越的性能使得A123的电池在电动汽车、储能系统等领域具有广泛的应用前景。

在A123风光的时候,我国新能源汽车还没有起步,2009年“十城千辆”示范推广也才开始。A123的风光,国内的企业看在眼里,虚心学习、引进技术,共同发展。2004年,比克电池与美国A123联合开发出全球第一款磷酸铁锂动力电池,2005年在国内首家实现磷酸铁锂电池产业化制造。

磷酸铁锂材料的发明是电池发展史上一个重要节点,电池的能量密度、充放电迈上一个新台阶。然而,磷酸铁锂的短板也很明显,研究人员发现,磷酸铁锂电池的开发很快逼近了天花板,而且,已经达到很难突破天花板的限制。

随之,三元锂电池能源密度的优势越来越受到人们的重视。A123靠磷酸铁锂起家,强烈的技术路径依赖。A123后来看到了三元锂电池的优势,但比克与A123对未来技术路线的判断不一致,因此没有进一步深入合作下去。比克电池认定了高能量密度的三元材料体系电池,并且投入大量人物和物力专注于此。

随着动力电池大量运用于电动汽车,A123产品受到三元材料的挤压,但压垮A123的最后一根稻草是,2012年其被曝出锂电池存在技术缺陷,随后,A123不得不将存在问题的电池全部召回,这不仅导致了巨大的经济损失,还使其失去了部分客户的信任。技术缺陷和召回事件成为了A123最终衰落的导火索。

我国确立新能源汽车发展战略后,国内不少企业投入到磷酸铁锂电池的生产之中,早期,我国有230家动力电池企业,拥有着五花八门的技术路线。因为磷酸铁锂是经过验证的成熟技术路线,获得大多数企业青睐。

磷酸铁锂在中国的推广应用离不开众多企业的努力。在众多的努力者中,有两家企业和一个机构的贡献更值得书写,两家企业分别是宁德时代和比亚迪,一个机构是中国汽车动力电池产业创新联盟。

资料来源:中国汽车动力电池产业创新联盟

很多年,宁德时代与比亚迪占据的市场份额远超过其他企业,仅以2024年为例,宁德时代与比亚迪的总份额接近70%,可见这2家企业对我国动力电池发展的贡献巨大。

动力电池应用材料多样,磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂、钛酸锂等都有企业涉及,但在所有的电池材料中,磷酸铁锂占据绝对多的份额。

资料来源:中国汽车动力电池产业创新联盟

磷酸铁锂兴起于美国,但在中国焕发出巨大的能量,其中中国汽车动力电池产业创新联盟的桥梁作用功不可没。动力电池创新联盟作为一个平台,最大的作用是上下沟通的桥梁,记者采访新能源汽车产业多年,对此有深刻的感受。

产业发展离不开政府的支持,政府应该如何支持呢?调查研究是制定对策的有效办法,然而,政府部门不可能针对每家动力电池企业实地调查一遍。动力电池创新联盟因此团结了一大批电池上下游产业链企业,积极参与产业政策研究,倡导政策支持动力电池产业发展,为动力电池发展争取到了良好的环境。

科技创新离不开资金支持,优秀科技成果落地也离不开资金帮助,动力电池创新联盟设立创新基金,支持联盟成员优秀项目落地实施,推动产学研合作,促进产业技术创新成果转化。

以前,人们常说,磷酸铁锂电池不能快充,快充容易产生枝晶,如今装配磷酸铁电池的车辆不再有这样的短板。

尽管磷酸铁锂有这样那样的问题,但综合来看,优势还是比较明显,2024年,我国新能源汽车渗透率能达到47.6%,磷酸铁锂功不可没。

资料来源:中汽协

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